Analýza vlivu kontroly a údržby vakuového obloukového komoru na zlepšení spolehlivosti vakuových vypínačů

Vakuové vypínače jsou široce používány v distribučních sítích. Jako klíčové komponenty zásobovacího zařízení závisí jejich výkonnost jak na schopnostech vakuových přerušovačů, tak na mechanických charakteristikách vypínačů (vzdálenost otevírání kontaktů, zdvih, tlak, průměrná rychlost uzavírání/otevírání, doba poskočení při uzavírání, asynchronita otevírání-uzavírání, počet provozních cyklů a kumulativní povolený opotřebení kontaktů). Oba aspekty jsou klíčové pro spolehlivou operaci. Vakuový přerušovač je "srdcem" vypínače; bez vysokovýkonného a spolehlivého přerušovače není možná vysokospolehlivá operace. Proto je pravidelná detekce a údržba přerušovačů, prostřednictvím kvalitativní a kvantitativní hodnocení výkonnosti, klíčová pro bezpečnou a stabilní operaci vypínače.

1 Ukazatele výkonnosti vakuových přerušovačů

Vakuový přerušovač se skládá z hermetického izolačního systému (obálky), vodičového systému a stínícího systému. Jeho výkonnost je charakterizována úrovní izolace (1-minutová síťová frekvence odolnosti proti napětí, 1.2/50 impulsní odolnost proti napětí), stupně vakuu a hlavní obvodové DC odpory. Přesné detekce a hodnocení vyžadují komplexní testování a analýzu těchto ukazatelů.

Metoda síťové frekvence odolnosti proti napětí je často používána pro místní izolační testování. S pokrokem testovacích technologií se častěji používá i testování stupně vakuu. Některé provincie však ve svých "Předpisech pro předávací a preventivní testy elektrického zařízení" nedostatečně zdůrazňují detekci stupně vakuu, dokonce navrhují "použití odolnosti proti napětí při rozrušení jako náhradu v případě, že detekce není možná". Toto vede k teoretickým a praktickým nedorozuměním, která mohou vést k řídicím a technickým nehodám. Doporučuji včasnou revizi předpisů pro zlepšení systému hodnocení výkonnosti přerušovačů a zajistit bezpečnou operaci zařízení distribuční sítě.

1.2 Typy poruch vakuových přerušovačů

Jako účastník místní detekce jsem zjistil, že poruchy vakuových přerušovačů lze rozdělit do dvou kategorií:

• Explicitní poruchy jsou charakterizovány prasknutím obálky nebo poškozením plochého ložiska, což vedou k proniknutí vzduchu, ztrátě vakuu v přerušovači a spojení s atmosférou.

• Implicitní poruchy zahrnují postupné snížení stupně vakuu. I když přerušovač není spojen s atmosférou, vnitřní tlak vzduchu přesahuje povolenou hodnotu v důsledku výrobních procesů, dopravy, instalace nebo faktorů údržby, což vede k tomu, že přerušovač nesplňuje normální zásobovací kapacitu. Nebezpečí těchto skrytých poruch je významně vyšší než explicitních poruch. Snížení stupně vakuu závažně ovlivní schopnost přerušení nadprůtoků vakuového vypínače, dramaticky zkrátí životnost vypínače a v extrémních případech může způsobit explozi spínače.

1.3 Analýza omezení testování síťové frekvence odolnosti proti napětí a stupně vakuu

Z hlediska praktické zkušenosti na místě:

• Test síťové frekvence odolnosti proti napětí je velmi efektivní pro detekci explicitních poruch a může kvalitativně určit stav přerušovače. Nicméně, má slepou skvrnu pro implicitní poruchy: když je stupeň vakuu v rozmezí 1×10⁻²Pa až 1×10⁻³Pa, může test síťové frekvence odolnosti proti napětí stále projít. V této chvíli je stupeň vakuu nižší než bezpečnostní práh 1.66×10⁻²Pa, a subtilní rozdíly nelze rozlišit.

• Měřicí přístroj stupně vakuu může dosáhnout přesného měření v rozmezí 1×10⁻¹Pa až 1×10⁻⁵Pa, což umožňuje upgrade detekce přerušovačů z kvalitativní fáze na kvantitativní. Může také dedukovat životnost vakuového přerušovače na základě změny stupně vakuu v určitém časovém období, což poskytuje technickou podporu pro hodnocení spolehlivosti zařízení. Tento způsob však má omezení v rozsahu testování: když přesáhne 1×10⁻¹Pa až 1×10⁻⁵Pa, změní se poměrový vztah mezi iontovým proudem a reziduální hustotou plynu (tj. stupněm vakuu), na kterém závisí měřicí přístroj stupně vakuu, a přesnost výsledků testu nemůže být zaručena. Zvláště pro explicitní poruchy s kompletním únikem (komunikace s atmosférou) jsou hodnoty testu často blízké těm v normálním stavu, což může vést k nesprávnému soudě. Důvod lze vysvětlit teorií srážek plynů: když se tlak plynu zvýší, hustota molekul roste, což vede ke zkrácení průměrné volné cesty elektronů. Ačkoli počet srážek roste, nedostatek akumulace kinetické energie elektronů snižuje pravděpodobnost ionizace plynových molekul, což způsobuje, že přístroj nesprávně zhodnotí stupeň vakuu jako dobrý.

Na základě praxe místní detekce by mělo být zvláště poznamenáno, že test síťové frekvence odolnosti proti napětí nemůže být při detekci vynechán. Pouze když přerušovač projde testem síťové frekvence odolnosti proti napětí, lze zajistit, že stupeň vakuu je v efektivním rozsahu přístroje, a následné výsledky testu stupně vakuu budou spolehlivé. Proto musí být test stupně vakuu a test síťové frekvence odolnosti proti napětí aplikovány kombinovaně. Obě metody se navzájem doplňují, a spoléhat se pouze na jednu z metod pro zhodnocení stavu přerušovače má omezení.

1.4 Test hlavní obvodové odporu

Při místní detekci se pro test hlavní obvodové odporu používá metoda DC napěťového klesání, pomocí testovacího přístroje s proudem nejméně 100A. Odporové hodnoty po převzetí a opravě musí splňovat výrobce stanovené předpisy, a během provozu nesmí přesáhnout 1.2 násobek tovární hodnoty. Pokud selhání kontaktu vakuového přerušovače způsobí špatný kontakt, problémy lze detekovat prostřednictvím testu obvodového odporu. Pokud je hlavní obvodový odpor dlouhodobě nesprávný, může to způsobit přehřátí přerušovače, což vede k poklesu izolačních vlastností souvisejících komponent a dokonce k krátkozavodným explodicím.

2 Opatření pro zlepšení spolehlivosti vakuových přerušovačů

• Pravidelně provádějte testy stupně vakuu (kombinované s testem síťové frekvence odolnosti proti napětí 42kV) pro zhodnocení stavu přerušovače. Když klesne stupeň vakuu, musí být vakuová bublina nahrazena (většina produktů vyžaduje náhradu všech tří fází, pokud je jedna fáze nesprávná), a musí být dokončeny charakteristické testy, jako jsou zdvih, synchronismus a poskočení.

• Formulujte cykly detekce na základě předpisů pro preventivní testy elektrického zařízení a skutečné situace jednotky. Zvyšte frekvenci monitorování v prvních dvou letech po uvedení do provozu; doporučuje se provést testy síťové frekvence odolnosti proti napětí a stupně vakuu po půl roce, 1 roce, 1.5 roce a 2 letech po uvedení do provozu, poté upravte frekvenci podle provozních podmínek po 2 letech.

• Rozumně plánujte cykly údržby a kontrolujte přerušovače v kombinaci s ročními preventivními testy. Po 2000 normálních provozních cyklech nebo 10 přerušeních nominálního proudu zkontrolujte všechny části a parametry; pokud jsou šrouby neposunuté a technické parametry splňují standardy, pokračujte v používání.

• Pravidelně testujte kontaktový odpor mezi oběma konci přerušovače a hlavními obvodovými terminály, abyste zajistili, že nepřekročí stanovenou hodnotu.

• Pokud to okolnosti umožňují, proveďte infračervené snímání teploty vodičového obvodu přes pozorovací otvor, abyste sledovali trendy teploty. Nesprávný hlavní obvodový odpor, špatný kontakt, izolační defekty nebo nedostatečný tepelný odvod v důsledku nerozumného návrhu přerušovače mohou všechny způsobit teplotní nárůst vodičových a izolačních komponent, což může vést k nehodám.

• Provozní personál by měl pravidelně procházet vypínač a dávat pozor na to, zda dochází k výboji mimo vakuovou bublinu (výboj obvykle naznačuje nesprávné testování stupně vakuu, což vyžaduje včasnou odpojení a náhradu). Klíčové body údržby:

• Zkontrolujte vzhled a utřete špínu

• Nahraďte vakuovou trubici, pokud kumulativní opotřebení pohyblivých a statických kontaktů přesáhne 3mm

• Pravidelně kontrolovat a upravovat vzdálenost otevírání kontaktů, kompresní zdvih a synchronismus tří fází

3 Závěry

• Síťová frekvence odolnosti proti napětí, stupeň vakuu a hlavní obvodový DC odpor vakuového přerušovače jsou důležitými ukazateli pro charakterizaci jeho výkonnosti, které hrají klíčovou roli v zvládnutí trendů úniku a odhadu životnosti.

• Testy stupně vakuu a síťové frekvence odolnosti proti napětí mají každý svá omezení a musí být aplikovány kombinovaně, aby bylo možné přesně diagnostikovat spolehlivost přerušovače.

• Oba testy se nemohou navzájem nahradit; přerušovače, které neprojdou testy, musí být nahrazeny, a doporučuje se včasně revizovat příslušné průmyslové testovací předpisy.

• Zlepšení spolehlivosti by mělo začít pravidelnými testy stupně vakuu, síťové frekvence odolnosti proti napětí a hlavního obvodového odporu, posílit technické výcvik provozních a údržbářských pracovníků, provádět pečlivé prohlídky, infračervené měření teploty a vědecké plánování cyklů detekce a údržby, abyste zabránili explodicím a jiným nehodám způsobeným neelektrickými nesprávnými operacemi během provozu nebo přepínání zatížení vypínače.